Si/Gen/Si(001)异质结薄膜的掠入射荧光X射线吸收精细结构研究

利用掠入射荧光X射线吸收精细结构(XAFS)方法研究了在400℃的温度下分子束外延生长的Si/Gen/Si(001)异质结薄膜(n=1,2,4和8个原子层)中Ge原子的局域环境结构.结果表明,在1至2个Ge原子层(ML)生长厚度的异质结薄膜中,Ge原子的第一近邻配位主要是Si原子.随着Ge原子层厚度增加到4 ML,Ge原子的最近邻配位壳层中的Ge-Ge配位的平均配位数增加到1.3.当Ge原子层厚度增加到8 ML时,第一配位壳层中的Ge-Ge配位占的比例只有55%.这表明在400℃的生长条件下,Ge原子有很强的迁移到Si覆盖层的能力.随着Ge层厚度从1增加到2,4和8 ML,Ge原子迁移到Si覆盖层的量由0.5 ML分别增加到1.5,2.0和3.0 ML.认为在覆盖Si过程中Ge原子的迁移主要是通过产生Ge原子表面偏析来降低表面能和Ge层的应变能.     

第一性原理对GenB(n=12—19)团簇的最低能量结构及其电子性质的研究

利用第一性原理在广义梯度近似下，研究了Ge_nB(n=12—19)团簇的结构和电子性质. 结果表明：Ge_nB(n=12—19)团簇具有较大的能隙;这些团簇的最低能量结构包含有Ge₉或Ge₁₀结构单元；B原子嵌套在Ge_n团簇中和B原子替代Ge_n+1团簇的Ge原子是构成Ge_{n 关键词： n}B团簇')" href="#">Ge_nB团簇 最低能量结构 电子性质     

Ge/Si异质键合半/绝接触界面态对异质结光电输运特性的影响研究

Ge/Si异质键合技术作为一种新型的通用材料制备工艺,在制备高质量Si基Ge薄膜方面展现出巨大的潜力,是研制高性能Ge/Si光电器件的备选方案之一。现阶段主流的直接键合和等离子体键合方法在制备Ge/Si薄膜时都容易在Ge/Si键合界面处引入纳米氧化锗层(GeO₂),导致Ge/GeO₂及GeO₂/Si半/绝接触界面存在界面态,从而器件性能受影响。基于载流子三大输运方程、非局域隧穿模型及半经典量子解法,构建了低温Ge/Si异质键合界面,研究了键合界面的界面态密度(ISD)对Ge/Si异质结的载流子电学输运、光吸收、复合及高频响应等性能的影响。结果表明,随着ISD的增加,Ge/Si异质结的暗电流增大,同时界面态对载流子的俘获能力加强,导致总电流减小,光谱响应减弱。另外,ISD的增加导致Ge层内的电场减小,高频特性变差。为获得性能良好的键合Ge/Si异质结,ISD必须低于1×10¹² cm^-2。该研究结果为高质量Si基Ge薄膜及高性能Ge/Si光电器件的制备提供了理论指导。     

密度泛函理论计算GenFe(n=1—8)团簇的基态结构及其磁性

基于第一性原理，利用密度泛函理论中的广义梯度近似 (GGA)对Ge_nFe(n=1—8)团簇进行了结构优化、能量及频率的计算，得到了 Ge_nFe(n=1—8)团簇在不同自旋多重度下的平衡构型及其基态结构.结果表明：Ge_nFe混合团簇的平均结合能明显比相应纯锗团簇的平均结合能有所增大，即掺杂Fe原子可以提高锗团簇的稳定性；纯锗团簇的基态除了Ge₂为自旋三重态外其他均为单重态，而混合团簇Ge_nFe(n=1—8)的基态均为自旋三重态；对Ge_nFe(n=1—8)团簇的磁性做了较系统的研究，发现团簇总磁矩随团簇尺寸增大基本稳定在2μ_B (只有Ge₈Fe的总磁矩2.391μ_B较明显地偏离了2μ_B)，另外团簇中Fe原子的磁矩在2.5μ_B左右振荡. 关键词： nFe团簇')" href="#">Ge_nFe团簇 密度泛函理论(DFT) 自旋多重度 磁矩     

GaN/Si单异质结太阳电池的模拟

采用wxAMPS软件模拟了GaN/Si单异质结太阳电池,研究了电池各层掺杂浓度、厚度及温度对电池开路电压(V_OC)、短路电流密度(J_SC)、填充因子(F)和光电转换效率的影响。模拟结果表明,随着Si层受主浓度的增大,J_SC减小,V_OC、F和转换效率均增大。当GaN掺杂浓度为5×10¹⁸ cm^-3、Si掺杂浓度为5×10¹⁹ cm^-3时,Si层厚度为16μm的超薄电池的转换效率可达到16.91%。随着Si层厚度的增加,V_OC、J_SC、F和转换效率均增大。GaN层厚度为0.005μm、Si层厚度为100μm时,转换效率可达到24.58%。研究结果表明,当GaN/Si单异质结太阳电池的厚度为目前最高效硅基太阳电池厚度的60%时,前者的效率达到后者的92%。研究结果有助于制备高效的GaN/Si单异质结太阳电池。     

掺杂对多层Ge/Si(001)量子点光致发光的影响

利用超高真空化学气相沉积设备, 在Si (001) 衬底上外延生长了多个四层Ge/Si量子点样品. 通过原位掺杂的方法, 对不同样品中的Ge/Si量子点分别进行了未掺杂、磷掺杂和硼掺杂. 相比未掺杂的样品, 磷掺杂不影响Ge/Si量子点的表面形貌, 但可以有效增强其室温光致发光; 而硼掺杂会增强Ge/Si量子点的合并, 降低小尺寸Ge/Si量子点的密度, 但其光致发光会减弱. 磷掺杂增强Ge/Si量子点光致发光的原因是, 磷掺杂为Ge/Si量子点提供了更多参与辐射复合的电子. 关键词： Ge/Si量子点 磷掺杂 光致发光     

MnxGe1－x稀磁半导体薄膜的结构研究

利用X 射线衍射(XRD)和X射线吸收精细结构(XAFS)方法研究了磁控共溅射方法制备的Mn_xGe_1-x薄膜样品的结构随掺杂磁性原子Mn含量的变化规律.XRD结果表明，在Mn的含量较低(7.0%)的Mn_0.07Ge_0.93样品中，只能观察到对应于多晶Ge的XRD衍射峰，而对Mn含量较高(25.0%, 36.0%)的Mn_0.25Ge_0.75和Mn关键词： 磁控溅射 XRD XAFS xGe_1-x稀磁半导体薄膜')" href="#">Mn_xGe_1-x稀磁半导体薄膜     

应变Si1－xGex/(111)Si空穴有效质量模型

利用应变Si_1-xGe_x/(111)Si材料价带E(k)-k关系,研究获得了沿不同晶向的空穴有效质量,并在此基础上,建立了空穴各向同性有效质量模型.结果表明,与弛豫材料相比,应变Si_1-xGe_x/(111)Si材料价带带边空穴有效质量各向异性更加显著,带边空穴各向同性有效质量随Ge组分明显减小.该研究成果可为Si基应变PM 关键词： 1-xGe_x')" href="#">应变Si_1-xGe_x 空穴有效质量 价带     

纳米尺度下Si/Ge界面应力释放机制的分子动力学研究

采用分子动力学方法研究了纳米尺度下硅(Si)基锗(Ge)结构的Si/Ge界面应力分布特征,以及点缺陷层在应力释放过程中的作用机制.结果表明:在纳米尺度下, Si/Ge界面应力分布曲线与Ge尺寸密切相关,界面应力下降速度与Ge尺寸存在近似的线性递减关系;同时,在Si/Ge界面处增加一个富含空位缺陷的缓冲层,可显著改变Si/Ge界面应力分布,在此基础上对比分析了点缺陷在纯Ge结构内部引起应力变化与缺陷密度的关系,缺陷层的引入和缺陷密度的增加可加速界面应力的释放.参考对Si/Ge界面结构的研究结果,可在Si基纯Ge薄膜生长过程中引入缺陷层,并对其结构进行设计,降低界面应力水平,进而降低界面处产生位错缺陷的概率,提高Si基Ge薄膜质量,这一思想在研究报道的Si基Ge膜低温缓冲层生长方法中初步得到了证实.     

应变Si电子电导有效质量模型

采用K·P微扰法建立了应变Si导带能谷由纵、横向有效质量表征的E-k关系,并在此基础上,研究分析了(001),(101),(111)晶面应变Si电子的电导有效质量与应力、能谷分裂能及晶向的关系.结果表明,弛豫Si_1-xGe_x材料(001)面生长的应变Si沿[100],[010]晶向的电子电导有效质量和弛豫Si_1-xGe_x材料(101)面生长的应变Si 关键词： 应变Si K·P法 电导有效质量     

Second-harmonic spectroscopy of Ge/Si(001) and Si1-xGex(001)/Si(001)

0.9 Ge_0.1(001)/Si(001) films with SH photon energies 3.1<2hν<3.5 eV near the bulk E₁ critical point of Si(001) or Si_0.9Ge_0.1(001). Ge was deposited on Si(001) by using atomic layer epitaxy cycles with GeH₄ or Ge₂H₆ deposition at 410 K followed by hydrogen desorption. As Ge coverage increased from 0 to 2 monolayers the SH signal increased uniformly by a factor of seven with no detectable shift in the silicon E₁ resonant peak position. SH signals from Si_0.9Ge_0.1(001)/Si(001) were also stronger than those from intrinsic Si(001). Hydrogen termination of the Si_0.9Ge_0.1(001) and Ge/Si(001) surfaces strongly quenched the SH signals, which is similar to the reported trend on H/Si(001). We attribute the stronger signals from Ge-containingsurfaces to the stronger SH polarizability of asymmetric Ge-Si and Ge-Ge dimers compared to Si-Si dimers. Hydrogen termination symmetrizes all dimers, thus quenching the SH polarizability of all of the surfaces investigated. Received: 13 October 1998 / Revised version: 18 January 1999     

Electroluminescence from Si／SiO2 films deposited on p—Si substrates

The structure of Au/Si/SiO₂/p-Si has been fabricated using the magnetron sputtering technique. It has a very good rectifying behaviour. Visible electroluminescence (EL) has been observed from the Au/Si/SiO₂/p-Si structure at a forward bias of 5V or larger. A broad band with one peak around 650－660 nm appears in all the EL spectra of the structure. The effects of the thickness of the Si layer in the Si/SiO₂ films and of the input electrical power on EL spectra are studied systematically.     

磁控共溅射法制备的Zn2GeO4多晶薄膜结构及其光致发光研究

用射频磁控共溅射方法在不同温度的单晶硅基片上生长薄膜,然后在800℃真空环境下对薄膜进行退火处理,成功获得了结晶状态良好的Zn₂GeO₄多晶薄膜.利用X射线衍射(XRD),X射线光电子能谱(XPS)和原子力显微镜(AFM)对薄膜进行了结构、成分和形貌分析,研究了基片温度对三者的影响. 结果显示,当基片温度升高到400℃以上时,薄膜中的Zn₂GeO₄晶粒在(220)方向上显示出了明显的择优取向. 当基片温度在500—600℃范围内,有利于GeO₂结晶相的形成. XPS显示薄膜中存在着Zn₂GeO₄,GeO₂,GeO,ZnO四种化合态. 同时,随着基片温度的升高,晶粒尺寸增大且薄膜表面趋于平整. 薄膜的光致发光在绿光带存在中心波长为530和550nm两个峰,应该归因于主体材料Zn₂GeO₄中两个不同的Ge²⁺的发光中心. 关键词： 射频磁控溅射 2GeO₄')" href="#">Zn₂GeO₄ 荧光体     

Sr/Si界面沉积SrTiO3初始生长阶段的扫描遂道显微术研究

本文工作利用脉冲激光沉积术(PLD)和超高真空扫描隧道显微术(UHV-STM),研究了在Sr/Si(001)-(2×1)衬底表面上真空室温沉积几个单层SrTiO₃薄膜的初始生长过程.经660 ℃退火处理后,Sr/Si衬底表面上形成了纳米岛状结构.经分析,这些纳米小岛为C49-TiSi₂和 C54-TiSi₂.实验结果表明,在没有氧气的情况下退火,Sr/Si界面无法有效阻止SrTiO₃薄膜与Si衬底之间的相互作用. 关键词： 脉冲激光沉积术(PLD) 扫描隧道显微镜(STM) 3')" href="#">SrTiO₃ 2')" href="#">C54-TiSi₂     

四方晶系应变Si空穴散射机制

基于Fermi黄金法则及Boltzmann方程碰撞项近似理论, 推导建立了(001)弛豫Si_1-xGe_x衬底外延四方晶系应变Si空穴散射几率与应力及能量的理论关系模型, 包括离化杂质、声学声子、非极性光学声子及总散射概率(能量40 meV时)模型. 结果表明: 当Ge组分(x)低于0.2时, 应变Si/(001)Si_1-xGe_x材料空穴总散射概率随应力显著减小. 之后, 其随应力的变化趋于平缓. 与立方晶系未应变Si材料相比, 四方晶系应变Si材料空穴总散射概率最多可减小66%. 应变Si材料空穴迁移率增强与其散射概率的减小密切相关, 本文所得量化模型可为应变Si空穴迁移率及PMOS器件的研究与设计提供理论参考.     

Sr/Si(100)表面TiSi2纳米岛的扫描隧道显微镜研究

为了解半导体衬底与氧化物之间存在的相互作用,以及量子尺寸效应对不同再构体的影响,制备了1—2个原子层厚的TiSi₂/Si(100)纳米岛,并使用扫描隧道显微镜(STM)表征手段详细地研究了TiSi₂ /Si(100)纳米岛的电子和几何特性. 结果发现:这些纳米岛表面显示出明显的金属性;其空态STM图像具有典型的偏压依赖性:在高偏压下STM 图像由三聚物形成的单胞构成,并在低偏压下STM 图像显示为密堆积的图案,这些不同的图案反映出不同能量位的态密度有明显差异. 关键词： 2纳米岛')" href="#">TiSi₂纳米岛 Sr/Si(100)表面 扫描隧道显微镜     

Enhanced formation of periodic arrays of low-resistivity NiSi nanocontacts on (0 0 1)Si0.7Ge0.3 by nanosphere lithography with a thin interposing Si layer

In this study, we demonstrated significant enhancement of the formation of low-resistivity NiSi nanocontacts with controlled size on (0 0 1)Si_0.7Ge_0.3 substrates by combining the nanosphere lithography with the use of a new Ni/a-Si bilayer nanodot structure. Low-resistivity NiSi with an average size of 78 nm was observed to be the only silicide phase formed in samples annealed at 350-800 °C. The presence of the interposing Si layer with appropriate thickness was found to effectively prevent Ge segregation and maintain the interface stability in forming NiSi nanocontacts on (0 0 1)Si_0.7Ge_0.3. As the annealing temperature was increased to 900 °C, amorphous SiO_x nanowires were observed to grow from silicide nanocontact regions. The NSL technique in conjunction with a sacrificial Si interlayer process promises to be applicable in fabricating periodic arrays of other low-resistivity silicide nanocontacts on Si_1−xGe_x substrates without complex lithography.     

Study of the component distribution in Si/GexSi1−x /Si heterostructures grown by molecular beam epitaxy

This paper reports on a study of the depth profile of components in GeSi heterostructures grown on low-temperature silicon (LTSi: T _gr ～ 350–400° C) and porous silicon by molecular-beam epitaxy. An excess Ge concentration was found by Auger electron spectroscopy depth profiling at the Ge_xSi_1?x /LTSi interface, which decreased in all samples subjected to annealing. The Ge diffusion activation energy was calculated to be E _a ≈ 1.6 eV in this case. An enhanced Ge concentration was also detected by x-ray photoelectron spectroscopy at the Si cap surface. Possible reasons for the surface enrichment of the silicon layer and of the Ge_xSi_1?x film interface by germanium are considered, and the relation between the component distribution and the structural features of plastically strain-relieved layers are discussed.     

Behavior of N atoms in atomic-order nitrided Si0.5Ge0.5(1 0 0)

Behavior of N atoms in atomic-order nitrided Si_0.5Ge_0.5(1 0 0) by heat treatment in Ar at 600 °C was investigated by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). For thermal nitridation by NH₃ at 400 °C, nitridation of surface Si atoms tends to proceed preferentially over nitridation of surface Ge atoms. It is also clear that, with the heat treatment, nitridation of Si atoms proceeds by transfer of N atoms from Ge atoms. Angle-resolved XPS results show that Ge fraction beneath the surface nitrided layer increases significantly at 600 °C compared to the initial surface. These results indicate that preferential nitridation of Si atoms at surface over Ge atoms induces Ge segregation beneath the surface nitrided layer at higher temperatures above 400 °C.